由于全球化石能源資源的日益枯竭和環(huán)境污染問題的日益加劇,急需人們去尋找清潔、高效的新型環(huán)保能源。與化石能源相比,燃料電池是一種將化學能直接轉化為電能的裝置,由于其清潔、高效的特點,在近年來得到前所未有的發(fā)展。直接醇類燃料電池作為一類新型燃料電池,以通常的簡單醇為燃料,具有燃料來源廣泛、價格低廉、便于攜帶等優(yōu)點,因此在電源和催化等眾多領域被廣泛關注與重點研究。目前,燃料電池的成本和耐久性問題是制約直接醇類燃料電池的瓶頸,其中催化劑是最關鍵的因素之一。隨著催化劑的不斷研究和應用,為了降低催化劑的成本,貴金屬的選擇逐漸用價格相對較低的鈀代替鉑。另一方面,為了進一步提高催化劑的性能,催化劑載體從單一材料發(fā)展為多元復合材料,這是由于復合材料可以彌補單一材料的缺陷,并利于形成組成單元間的協(xié)同效應,從而實現(xiàn)對催化性能的提升。因此,對于催化材料的表面和界面的設計在催化劑性能優(yōu)化過程中顯示出越來越重要的作用。本論文基于制備不同類型的催化劑載體負載鈀納米粒子,作為直接乙醇燃料電池的陽極催化劑,并測試其對堿性乙醇的電氧化性能。本論文研究內容主要包括以下三個方面:一、二氧化鈦-黑磷復合材料載鈀的制備及其對乙醇氧化性能的研究將二氧化鈦納米片層(ATN)和黑磷(BP)通過機械球磨的方法,制備出二氧化鈦-黑磷復合材料(ATN-BP),將其和鈀的前驅體氯亞鈀酸鈉(Na_2Pd Cl_4)超聲分散均勻,然后用硼氫化鉀(KBH_4)通過浸漬還原法,得到二氧化鈦-黑磷復合材料載鈀(Pd/ATN-BP)。結果顯示,Pd/ATN-BP在1 M NaOH+1 M C_2H_5OH溶液中的一次乙醇氧化電流密度達到4952.9mA mg~(-1),是傳統(tǒng)催化劑商業(yè)鈀碳(Pd/C,20 w.t%,730.7 mA mg~(-1))的6.78倍,經過3600 s后活性保持為867.7 mA mg~(-1),是Pd/C的40.7倍,由此說明Pd/ATN-BP催化劑具有良好的堿性乙醇電氧化活性和穩(wěn)定性。二、黑磷-活化石墨烯異質結構載鈀的制備及其對乙醇氧化性能的研究將氫氧化鉀活化后的石墨烯(AG)和BP通過機械球磨的方法,制備出黑磷-活化石墨烯異質結構復合材料(AG-BP),再與前驅體溶液Na_2PdCl_4超聲分散均勻,然后用KBH_4通過浸漬還原法,得到黑磷-活化石墨烯異質結構復合材料載鈀(Pd/AG-BP)。結果表明,鈀納米粒子均勻負載在AG-BP載體上,在1 M NaOH+1 M C_2H_5OH溶液中Pd/AG-BP對應的一次乙醇氧化電流密度達到6004 m A mg~(-1),是Pd/C(834.5 mA mg~(-1))的7.19倍,經過20000 s后活性保持為712.03 mA mg~(-1),是Pd/C的80.3倍,由此說明Pd/AG-BP催化劑具有優(yōu)異的堿性乙醇電氧化活性和穩(wěn)定性。三、氮化鎳-活化石墨烯復合材料載鈀的制備及其對乙醇氧化性能的研究將氮化鎳(Ni_3N)和活化后的石墨烯通過機械球磨的方法,制備出氮化鎳-石墨烯復合材料(AG-Ni_3N),再與前驅體溶液Na_2Pd Cl_4超聲分散均勻,然后用硼氫化鈉(NaBH_4)通過浸漬還原法,得到氮化鎳-活化石墨烯異質結構復合材料載鈀(Pd/AG-Ni_3N)。結果表明,Pd/AG-Ni_3N催化劑在1 M NaOH+1 M C_2H_5OH溶液中的一次乙醇氧化電流密度達到2658.5 mA mg~(-1),是Pd/C(668 mA mg~(-1))的3.98倍,經過3600 s后活性保持為464.45mA mg~(-1),是Pd/C的26.5倍,說明了Pd/AG-Ni_3N催化劑具有較好的堿性乙醇電氧化活性和穩(wěn)定性。
【學位單位】：上海電力學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TM911.4
【部分圖文】：

圖 1-1 氫氧燃料電池的工作示意圖Figure 1-1 Schematic drawing of a hydrogen/oxygen fuel cell 1-1 介紹了質子交換膜燃料電池的工作原理，電極上的反應如下：有燃料電池的基本結構是相似的：電池由正負兩個電極組成，由電解液部電路中將其連接起來。在質子交換膜燃料電池中，氫氣在陽極氧化成過電解液傳輸?shù)疥帢O，在陰極上氧氣與電子結合變?yōu)檠蹼x子后，氧離子過來的質子結合形成水，在這些反應過程中，電子是通過外部電路進行.2.2 燃料電池分類料電池的分類，主要是根據(jù)其電解質的性質、工作溫度、燃料的種類和同進行區(qū)分的。當以燃料電池工作溫度分類時，可以分為：操作溫度低極反應 2H2→4H++ 4e-極反應 O2+ 4H++ 4e-→2H2O反應 2H2+ O2→2H2O

.2.2.6 直接甲醇燃料電池（DMFC）接甲醇燃料電池（DMFC），通常在稍高的溫度下運行，可以提高其功率度與 PEMFC 相似。在 DMFC 中，甲醇直接進入燃料電池，而不需要將氣的中間步驟，而且甲醇具有較高的能量密度。DMFC 中電解液通常使用在水混合物中(通常是 1~2 mol/L)，而只有一小部分甲醇用于陽極。因此補持甲醇濃度是非常重要的。要做到這一點，通過電化學測量甲醇的氧化峰但是由于甲醇具有很高的毒性，是揮發(fā)性的易燃物質。如果應用于便攜式使用可能會導致重大問題，因此這也是制約甲醇燃料電池發(fā)展的重要原因.2.2.7 直接乙醇燃料電池（DEFC）直接乙醇燃料電池（DEFC）中，同樣的直接將乙醇加入燃料電池，不需要為氫氣，而且乙醇與甲醇相比，能量密度達到8.00 kW hkg-1，高于甲醇的6并且乙醇是沒有毒性的，可以從生物質中大量獲得，是可再生能源[33,34]以作為直接酒精燃料電池更好的燃料選擇。DEFC 工作時是以乙醇燃料作為為陰極。DEFC 的工作原理如下圖所示[35]：

第一章 緒論陰極： 3O2+ 12H++ 12e-→ 6H2O (1-2)總反應： C2H5OH + 3O2→ 2CO2+ 3H2O (1-3)DEFC 在堿性條件下工作的電極反應過程為：陽極： C2H5OH + 12OH-→ 2CO2+ 9H2O + 12e-(1-4)陰極： 3O2+ 6H2O + 12e-→ 12OH-(1-5)總反應： C2H5OH + 3O2→ 2CO2+ 3H2O (1-6)

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 陳酉貴;莊林;陸君濤;;堿性直接醇燃料電池非鉑陽極催化劑[J];催化學報;2007年10期

2 李斗星;透射電子顯微學的新進展Ⅰ透射電子顯微鏡及相關部件的發(fā)展及應用[J];電子顯微學報;2004年03期

本文編號：2811752